(57)【要約】  走査範囲を検出するための光学系、光学系を制御するためのシステム、及び光学系を制御する方法であって、光学系は、電磁放射線を放出するための少なくとも１つの供給源と、供給源から走査範囲内に放出される電磁放射線の光路を偏向するための少なくとも１つの偏向ユニットとを含む少なくとも１つの送信機を備える。さらに光学系は、走査範囲内で後方散乱及び／又は反射された電磁放射線をフィルタ処理するための少なくとも１つの光学フィルタ要素と、フィルタ処理された電磁放射線を検出するための少なくとも１つの検出要素とを含む少なくとも１つの光受信機を備える。
2019523410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査範囲（１０５）を検出するための光学系であって、
電磁放射線（１０７，１０８，１１０）を放出するための少なくとも１つの供給源（３０３）と、
供給源（３０３）から走査範囲（１０５）内に放出される電磁放射線（１０７，１０８，１１０）の光路を偏向（１０９，１１１）するための少なくとも１つの偏向ユニット（３０４，６０３）と
を含む少なくとも１つの送信機（３０１，７０１）と、
走査範囲（１０５）内で後方散乱及び／又は反射された電磁放射線（１１７，１１８，１２０）をフィルタ処理するための少なくとも１つの光学フィルタ要素（１１３）と、
フィルタ処理された電磁放射線（１１７，１１８，１２０）を検出するための少なくとも１つの検出要素（１１５）と
を含む少なくとも１つの光受信機（３０２，７０２）とを備え、
供給源（３０３）から放出された電磁放射線（１０７，１０８，１１０）の波長（λ４，λ５，λ６，λ７，λ８）が変更可能であり、波長（λ４，λ５，λ６，λ７，λ８）の変更が光路の偏向（１０９，１１１）に依存して行われることを特徴とする、走査範囲（１０５）を検出するための光学系。
【請求項２】
請求項１に記載の走査範囲（１０５）を検出するための光学系において、
前記電磁放射線（１１７，１１８，１２０）を放出するための前記供給源（３０３）がレーザ、好ましくはダイオードレーザである光学系。
【請求項３】
請求項１に記載の走査範囲（１０５）を検出するための光学系において、
少なくとも１つの光学フィルタ要素が帯域フィルタ（１１３）である光学系。
【請求項４】
請求項１に記載の走査範囲（１０５）を検出するための光学系において、
前記走査範囲（１０５）の所定の方向（１０６）を中心とした角度範囲で前記電磁放射線（１１７，１１８，１２０）の前記偏向（１０９，１１１）が行われる光学系。
【請求項５】
請求項１に記載の走査範囲（１０５）を検出するための光学系において、
前記波長（λ４，λ５，λ６，λ７，λ８）の変更が少なくとも１つの光学フィルタ要素（１１３）の透過率（Ｔ）に依存している光学系。
【請求項６】
請求項１に記載の走査範囲（１０５）を検出するための光学系において、
偏向ユニットが、前記走査範囲（１０５）の方向（１０６）を中心として、及び／又は２次元で往復運動するように旋回可能な偏向ミラー（３０４）、好ましくはマイクロミラーである光学系。
【請求項７】
請求項６に記載の走査範囲（１０５）を検出するための光学系において、
前記供給源（３０３）から放出された前記前記電磁放射線（１１７，１１８，１２０）の前記波長（λ４，λ５）が、往復運動するように旋回可能な前記偏向ミラー（３０４）と同期して変更される光学系。
【請求項８】
請求項１に記載の走査範囲（１０５）を検出するための光学系において、
偏向ユニットが光フェーズドアレイ（６０３）である光学系。
【請求項９】
請求項８に記載の走査範囲（１０５）を検出するための光学系において、
前記供給源（３０３）から放出された前記電磁放射線（１１７，１１８，１２０）が分岐（６０１）及び導波路（６０２）によって光フェーズドアレイ（６０３）に結合される光学系。
【請求項１０】
請求項８に記載の走査範囲（１０５）を検出するための光学系において、
前記光学フィルタ要素（１１３）が、受信ユニットの光軸（１１６）から角度（７０４）だけ偏向されるように光受信機（７０２）内に位置決めされている光学系。
【請求項１１】
請求項１０に記載の走査範囲（１０５）を検出するための光学系において、
角度（７０４）が前記光学フィルタ要素（１１３）の透過率（Ｔ）に依存している光学系。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか一項に記載の走査範囲（１０５）を検出するための光学系において、
受信機（３０２，７０２）が、受信され、光学フィルタ要素（１１３）によってフィルタ処理された前記電磁放射線（１１７，１１８，１２０）を検出器要素（１１５）に集束するためのレンズ（１１４）を備える光学系。
【請求項１３】
走査範囲（１０５）を検出するための光学系を制御するためのシステムであって、光学系が、
電磁放射線（１０７，１０８，１１０）を放出するための少なくとも１つの供給源（３０３）と、
供給源（３０３）から放出された電磁放射線（１０７，１０８，１１０）の光路を走査範囲（１０５）に偏向（１０９，１１１）するための少なくとも１つの偏向ユニット（３０４，６０３）と
を含む少なくとも１つの送信機（３０１，７０１）と、
走査範囲（１０５）内で後方散乱及び／又は反射された電磁放射線線（１１７，１１８，１２０）をフィルタ処理するための少なくとも１つの光学フィルタ要素（１１３）と、
フィルタ処理された電磁放射線（１１７，１１８，１２０）を検出するための少なくとも１つの検出器要素（１１５）と
を含む少なくとも１つの光受信機（３０２，３０７）とを備え、
供給源（３０３）から放出された電磁放射線（１０７，１０８，１１０）の波長（λ４，λ５，λ６，λ７，λ８）が変更可能であり、
波長（λ４，λ５，λ６，λ７，λ８）の変更が光路の偏向（１０９，１１１）に依存して行われることを特徴とする、走査範囲（１０５）を検出するための光学系を制御するためのシステム。
【請求項１４】
走査範囲（１０５）を検出するための光学系を制御する方法であって、光学系が
電磁放射線（１０７，１０８，１１０）を放出するための少なくとも１つの供給源（３０３）と、
供給源（３０３）から放出される電磁放射線（１０７，１０８，１１０）の光路を走査範囲（１０５）に偏向するための少なくとも１つの偏向ユニット（３０４，６０３）と
を含む少なくとも１つの送信機（３０１，７０１）と、
走査範囲（１０５）内で後方散乱及び／又は反射された電磁放射線（１１７，１１８，１２０）をフィルタ処理するための少なくとも１つの光学フィルタ要素（１１３）と、
フィルタ処理された電磁放射線（１１７，１１８，１２０）を検出するための少なくとも１つの検出器要素（１１５）と
を含む少なくとも１つの光受信機（３０２，７０２）とを備え、
供給源（３０３）から放出された電磁放射線（１０７，１０８，１１０）の波長（λ４，λ５，λ６，λ７，λ８）が変更可能であり、
光路の偏向（１０９，１１１）に依存して波長（λ４，λ５，λ６，λ７，λ８）の変更を行うことを特徴とする走査範囲（１０５）を検出するための光学系を制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の前提部分に記載の走査範囲を検出するための光学系、走査範囲を検出するための光学系を制御するためのシステム、及び走査範囲を検出するための光学系を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査範囲を検出するための光学系、例えば走査型２軸ＬＩＤＡＲセンサ及び２軸３Ｄスキャナでは、入射する周辺光（例えば、太陽光線）を遮断するために光学帯域フィルタ（干渉フィルタ）が使用される。米国特許第５２４１３１５号明細書により、大気中の霧及びエアロゾルの散乱特性を測定するための目に安全で小型のソリッドステート型ＬＩＤＡＲシステムが既知である。このシステムでは、太陽光に起因する受信機の光子ノイズが受信機の狭い視野及び狭帯域を有する温度制御された帯域フィルタによって制御される。
【０００３】
狭帯域を備える帯域フィルタとしては一般に干渉フィルタが使用される。しかしながら、これらのフィルタは、受信機の視野を精密に低減するための役割を果たす。したがって、このような低減により、フィルタ表面の垂線に対する光の入射角の増大に伴って帯域フィルタの透過特性が小さい波長の方へ偏移される。
【０００４】
例えばＬＩＤＡＲセンサなど、走査範囲を検出するための光学系は、とりわけ交通環境を検出する車両用運転支援システムで、例えば、先行車又は他の障害物の位置を特定するために使用することができる。このためには、受信機の視野は走査光学系の角度範囲全体に広がっていることが望ましい。このことを保証するために、一般に、異なった入射角によって実現される全ての透過特性の包絡線がフィルタの半値幅として選択される。これらの用途に使用される帯域フィルタは、このような理由で多くの場合には約３０〜４０ｎｍの半値幅を有する。このことは、不都合な周辺光がフィルタの透過範囲内に位置する全ての走査範囲から受信機の検出器に到達してしまうことがあるという欠点を伴う。これにより検出器のダイナミックレンジ及び信号雑音比が低減される。さらに周囲光が検出器で電流に変換され、これにより、とりわけ検出器もしくは検出器アレイが大きい場合には大きい電力損失、ひいては熱発生がもたらされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５２４１３１５号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、走査範囲を検出するための光学系であって、
電磁放射線を放出するための少なくとも１つの供給源と、
供給源から走査範囲内に放出される電磁放射線の光路を偏向するための少なくとも１つの偏向ユニットと
を含む少なくとも１つの送信機と、
走査範囲内で後方散乱及び／又は反射された電磁放射線をフィルタ処理するための少なくとも１つの光学フィルタ要素と、
フィルタ処理された電磁放射線を検出するための少なくとも１つの検出要素と
を含む少なくとも１つの光受信機とを備える光学系に関する。
【０００７】
本発明によれば、供給源から放出された電磁放射線の波長は変更可能であり、波長の変更は光路の偏向に依存して行われる。
【０００８】
本発明の利点は、走査角度範囲／走査範囲を減じることなしに光学帯域フィルタの半値幅を著しく低減することができることである。さらに、例えば、一般に使用されるレーザダイオードでは供給源の中心波長は１０ｎｍまであってもよいが、製造に基づいた供給源の中心波長のばらつきは波長の調節によって補正することができる。さらに、現在の視線方向だけではなく、同時に波長を順次に変化させることもできるので、複数のセンサが相互に重複する確率が著しく低減される。
【０００９】
走査範囲を検出し、この走査範囲内の物体を検出するために、供給源は既知のように電磁放射線を送信する。本発明の好ましい実施形態では、電磁放射線を放出するための供給源はレーザ、好ましくはダイオードレーザである。この実施形態の利点は、単色又は偏光された電磁放射線を使用して物体検出の信頼性を高めることができることである。
【００１０】
電磁放射線は、走査範囲に位置する物体によって後方散乱及び／又は反射され、続いて検出器要素によって検出される。本発明の別の実施形態では、光受信機の少なくとも１つの光学フィルタ要素は帯域フィルタである。この実施形態の利点は、帯域フィルタの帯域幅の範囲の電磁放射線のみが検出器に到達することである。帯域フィルタの帯域幅の範囲外の波長を有する光線（例えば、有害な周辺光）は遮断され、検出器に到達しない。
【００１１】
本発明の範囲では、走査範囲の検出は、走査範囲の物体を検出できること、光学系と走査範囲に位置する物体との間の間隔を決定できること、及び／又は走査範囲に位置する物体の特性を判定できることとして理解される（例えば、反射率）。
【００１２】
本発明の範囲では、帯域フィルタの帯域幅は、電磁放射線を透過させるフィルタの中心波長の周辺の範囲として理解される。光学系では、半値幅の概念が用いられることが多い。これは、光学フィルタ、特に帯域フィルタの透過率が最大透過率の半分の値に降下したところの２つの波長の差である。
【００１３】
本発明の別の実施形態では、走査範囲の所定の方向を中心とした角度範囲で電磁放射線の偏向が行われる。この実施形態の利点は、どの偏向角度で特定の波長の電磁放射線が走査範囲に放出されるかを正確に確定できることである。
【００１４】
本発明の別の実施形態では、波長の変更は少なくとも１つの光学フィルタ要素の透過率に依存している。この実施形態の利点は、供給源の電磁放射線の波長が帯域フィルタの透過範囲内に位置することが可能になることである。
【００１５】
本発明の別の実施形態では、偏向ユニットは、走査範囲の方向を中心として、及び／又は２次元で往復運動するように旋回可能な偏向ミラー、好ましくはマイクロミラーである。この実施形態の利点は、光線の偏向を正確に調整可能であること、さらに２つの軸線を中心とした光線の偏向が可能なことである。十分に大きい走査範囲を達成するために、供給源の波長の変更を比較的小さく抑えることができる。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態では、供給源から放出された電磁放射線の波長は、往復運動するように旋回可能な偏向ミラーと同期して変更される。この実施形態の利点は、帯域フィルタの中心波長に対応する波長を有する光線を走査範囲の方向に沿って送信できることである。（走査範囲の方向から正又は負の方向に）それぞれ最大に偏向された場合には、最小の波長を有する光線を送信することができる。これにより、供給源の電磁放射線の波長がいずれの時点においても帯域フィルタの透過範囲内に位置することを実現することができる。
【００１７】
本発明の別の実施形態では、偏向ユニットは光フェーズドアレイである。この実施形態の利点は、光線偏向時に、例えばマクロミラーなどの電気機械部品の使用を省略できることである。特に電気機械部品は磨耗しやすい。時間の経過に伴い欠陥やミスアライメントが生じる場合もある。したがって、対応する電気機械部品を省略することにより、光学系の耐久性を高めることができる。さらに機械電気部品の使用時には妨害作用が生じることもある。例えば衝撃又は振動により誤った測定がもたらされる場合もある。光フェーズドアレイを使用することにより、このような妨害作用を防止することができる。さらに光学系の小型の構成を実現することができる。
【００１８】
簡潔に「フェーズドアレイ」とも呼ばれる光フェーズドアレイは、チップに配置されたアンテナからなり、アンテナは、結合された電磁放射線を偏向することができる。とりわけ、フェン等により、光フェーズドアレイと、波長が可変のレーザとの組合せが示されており、レーザの波長を変更することにより光フェーズドアレイの放射方向を変更することができる("Optical Phased-Array Beam Steering Controlled by Wavelength", Applied Optics, Vol. 44, Issue 26, 5429-5433 (2005))。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態では、供給源から放出された電磁放射線は分岐及び導波路によって光フェーズドアレイに結合される。この実施形態の利点は、供給源から放出された電磁放射線をほぼ損失なしに光フェーズドアレイに結合し、続いて偏向できることである。
【００２０】
本発明の別の好ましい実施形態では、光学フィルタ要素は、受信ユニットの光軸から所定の角度だけ偏向されているように光受信機内に位置決めされている。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態では、角度は光学フィルタ要素の透過率に依存している。この実施形態の利点は、送信されたそれぞれの波長の電磁放射線が受信時にフィルタの透過率最大値に位置していてもよいことである。角度は、好ましくは、最大の波長を有する受信光線がフィルタ表面に正確に垂直に入射するように選択される。このように、最大の波長を有する受信光線がフィルタの透過率最大値に位置していてもよい。受信された小さい波長を有する電磁放射線はフィルタ表面に垂直に入射せず、所定の角度で入射し、これにより、同様にフィルタの透過率最大値に位置することができる。
【００２２】
別の実施形態では、走査範囲を検出するための光学系の受信機は、受信され、光学フィルタ要素によってフィルタ処理された電磁放射線を検出器要素に集束するためのレンズを備える。
【００２３】
本発明によれば、さらに走査範囲を検出するための光学系を制御するためのシステムも請求される。この場合、光学系は、電磁放射線を放出するための少なくとも１つの供給源と、供給源から放出された電磁放射線の光路を走査範囲に偏向するための少なくとも１つの偏向ユニットとを含む少なくとも１つの送信機を備える。光学系は、さらに走査範囲内で後方散乱及び／又は反射された電磁放射線をフィルタ処理するための少なくとも１つの光学フィルタ要素と、フィルタ処理された電磁放射線を検出するための少なくとも１つの検出器要素とを含む少なくとも１つの光受信機を含む。供給源から放出された電磁放射線の波長は変更可能であり、波長の変更は光路の偏向に依存して行われる。
【００２４】
本発明によれば、走査範囲を検出するための光学系を制御する方法が請求される。この場合、光学系は、電磁放射線を放出するための少なくとも１つの供給源と、供給源から放出される電磁放射線の光路を走査範囲に偏向するための少なくとも１つの偏向ユニットとを含む少なくとも１つの送信機を備える。さらに光学系は、走査範囲内で後方散乱及び／又は反射された電磁放射線をフィルタ処理するための少なくとも１つの光学フィルタ要素と、フィルタ処理された電磁放射線を検出するための少なくとも１つの検出器要素とを含む少なくとも１つの光受信機を備える。供給源から放出された電磁放射線の波長は変更可能であり、波長の変更は光路の偏向に依存して行われる。
【００２５】
次に本発明の実施例を添付の図面を参照して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来技術による走査範囲を検出するための２軸光学系の構成及び光路を示す図である。
【図２】従来技術による走査範囲を検出するための光学システムにおける帯域フィルタのフィルタ特性を示す図である。
【図３】マイクロミラーを備える本発明の実施形態による走査範囲を検出するための光学系の構造及び光路を示す図である。
【図４】マイクロミラーを備える本発明の実施形態による帯域フィルタの透過特性を示す図である。
【図５】往復運動するように旋回可能なマイクロミラーを備える本発明の一実施形態による波長が可変のレーザの波長のための駆動信号の一例を示す図である。
【図６】出力光線が光フェーズドアレイに結合される、波長が可変のレーザを示す概略図である。
【図７】光フェーズドアレイを備える本発明の実施形態による走査範囲を検出するための光学系の構成及び光路を示す図である。
【図８】光フェーズドアレイの波長に依存した放射角を示す概略図である。
【図９】光フェーズドアレイを備える本発明の実施形態による帯域フィルタの透過特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、従来技術による走査範囲を検出するための２軸光学系の構成及び光路の一例を示す。この光学系は、例えば２軸の３Ｄスキャナであってもよい。図１の左側部分には、送信機／送信ユニット１０１が示されており、右側部分には光学的な受信機／受信ユニット１０２が示されている。送信ユニット１０１は供給源１０３を含み、この場合はレーザである。レーザ１０３によってしばしば非常に狭い周波数範囲で電磁放射線、すなわち単色光が放出される。光線は偏向ユニット１０４に、図１ではマイクロミラーに入射し、マイクロミラーによって、光線は所定の方向１０６と所定の角度範囲をなす走査範囲１０５内に偏向される。したがって、マイクロミラーの動きによって、例えばレーザ光線１０７が走査範囲１０６の方向に沿って送信され、レーザ光線１０８は負の角度１０９だけ走査範囲１０５の方向１０６から偏向され、レーザ光線１１０は正の角度１１１だけ走査範囲１０５の方向１０６から偏向される。この場合、角度１０９及び１１１は、角度範囲によって形成される走査範囲１０５を完全に検出するために最大限に可能な、もしくは必要な角度である。送信ユニット１０１は電磁放射線を送信し、受信ユニット１０２は、走査範囲１０５内で物体１１２において後方散乱及び／又は反射された電磁放射線を受信する。
【００２８】
受信ユニット１０２は光軸１１６に沿って整列されている。これらの光軸１１６の方向は、この実施例では走査範囲１０６の方向に相当する。受信ユニット１０２によって受信された電磁放射線は光学フィルタ要素１１３、この実施例では帯域フィルタによってフィルタ処理され、レンズ１１４によって検出素子１１５に焦点合わせされる。受信ユニット１０２は光軸１１６に沿って整列されている。受信ユニット１０２によって受信された電磁放射線の光路が破線１１７，１１８及び１２０によって示されている。この実施例では、光線１１７は、受信ユニット１０２の光軸１１６に沿って後方散乱及び／又は反射される。光線１１８は、受信ユニット１０２の光軸１１６から負の角度で後方散乱及び／又は反射された光線であり、光線１２０は、受信ユニット１０２の光軸１１６から正の角度１２１で後方散乱及び／又は反射された光線である。電磁放射線の波長は、走査範囲１０５内において物体１１２で後方散乱又は反射されたことによってはほとんど、あるいは全く変化しない。したがって、光線１１７，１１８及び１２０の波長はほぼ同一であり、単色レーザ１０３によって放出された電磁放射線の波長にほぼ対応する。
【００２９】
既に上述したように、従来技術によって、半値幅が多くの場合に約３０〜４０ｎｍの範囲である帯域フィルタ１１３が選択される。図２は、なぜこのようなことが不可欠であるのかをもう一度示している。図２に示した線図では、放出もしくは後方散乱及び／又は反射された光線の波長λに対する光学フィルタ要素１１３の透過率Ｔが記入されている。透過率Ｔは、フィルタ要素１１３を通過して入射する光線強度の比率を示す。実線２０１は、受信ユニット１０２の光軸１１６に沿って入射する光線１１７のための光学フィルタ素子１１３のフィルタ特性／透過率曲線を示す。破線２０２は、受信ユニット１０２の光軸１１６に対して角度１１９もしくは１２１で入射する光線１１８もしくは１２０のための光学フィルタ要素１１３のフィルタ特性／透過率曲線を示す。走査範囲１０５の角度範囲全体をカバーし、そこで後方散乱及び／又は反射された全ての光線を受信ユニット１０２で検出することができるように、帯域フィルタの半値幅は、多くの場合には約３０〜４０ｎｍの範囲で選択される必要がある。レーザ１０３の発光波長として、帯域フィルタ１１３の中心波長にできるだけ対応するλ３が選択される。λ２がレーザの発光波長１０３として選択された場合には、走査範囲１０６の方向に沿って送信もしくは後方散乱及び／又は反射される光線１０７又は１１７を検出することができる。角度１０９及び１１１又は角度１１９及び１２１で送信もしくは後方散乱及び／又は反射された光線１０８及び１１０もしくは光線１１８及び１２０は、例えば、受信ユニット１０２によって検出することができない。波長λ１は、レーザ１０３の発光波長としては全く不適切である。
【００３０】
図３は、マイクロミラー３０４を備える本発明の実施形態による走査範囲１０５を検出するための光学系の構造及び光路を示している。図面の左側部分にはこの実施形態の送信ユニット３０１が示されており、図面の右側部分には受信ユニット３０２が示されている。構成及び光路は図１に示した光学系に類似している。しかしながら、光学系が供給源として波長が可変のレーザ３０３を備えていることが重要な相違点である。このレーザ３０３によって放出される電磁放射線は、電磁スペクトルの異なった範囲の波長を備えることができる。波長は、例えば可視光の範囲である場合もあり、又は赤外線又は紫外線範囲などの他の範囲である場合もある。レーザ３０３の波長の可変性に基づいて、走査範囲１０６の方向に沿って送信されるレーザ光線１０７は、例えば波長λ４により放出し、これに対して、レーザ光線１０８及び１１０はλ４とは異なる波長λ５によって放出することができる。波長が可変のレーザ３０３によって放出された電磁放射線はマイクロミラー３０４によって走査範囲１０５に送信される。走査範囲１０５において物体１１２で散乱及び／又は反射された電磁放射線は受信ユニット３０２によって検出される。この実施例では、受信ユニット３０２の光軸１１６は走査範囲１０５と同じ方向を有する。対応して、検出された光線１１７は波長λ４を備え、検出された光線１１８及び１２０は波長λ５を備える。これにより得られる利点が図４に詳細に示されている。
【００３１】
図４は、マイクロミラー３０４を備える本発明の実施形態による帯域フィルタ１１３の透過特性を示す。図４に示す線図には、放出もしくは後方散乱及び／又は反射された光線に対する光学フィルタ要素１１３の透過率Ｔが記入されている。曲線４０１は、受信ユニット３０２の光軸１１６に沿って入射し、後方散乱及び／又は反射される光線１１７のための帯域フィルタ１１３のフィルタ特性を示す。帯域フィルタでは一般的なように、入射する光線１１８もしくは１２０が負の角度１１９又は正の角度１２１だけ受信ユニット３０２の光軸１１６から偏向された場合には透過特性は短い波長の方へ移動する。この場合について帯域フィルタ１１３のフィルタ特性が曲線４０２によって示されている。波長が可変のレーザ３０３を使用することによって、放出もしくは受信された電磁放射線の波長が帯域フィルタの透過範囲に位置することが可能になる。理想的には、電磁放射線の波長はそれぞれできるだけ正確に透過最大値に位置するように選択される。図４では、例えば帯域フィルタ１１３は、受信ユニット３０２の光軸１１６に沿って受信された光線１１７については波長λ４で透過率最大値を示している；負の角度１１９又は正の角度１２１だけ受信ユニット３０２の光軸１１６から偏向されて受信された光線１１８もしくは１２０については波長λ５で透過率最大値を示している。したがって、走査範囲の方向１０６に沿って送信された光線１０７のためのレーザ３０３の波長はできるだけλ４の近くで選択される。負の角度１０９又は正の角度１１０だけ走査範囲１０５の方向１０６から偏向された光線１０８もしくは１１０にためには、レーザ３０３の波長はできるだけλ５の近くで選択される。これにより、後方散乱及び／又は反射された電磁放射線ができるだけ正確に帯域フィルタ１１３のフィルタ特性４０１もしくは４０２の透過率最大値に位置していることを保証することができる。帯域フィルタ１１３の半値幅は狭く選択することができる。
【００３２】
図５は、軸線を中心として往復運動するように旋回可能なマイクロミラー３０４の場合の、波長が可変のレーザ３０３の波長のための制御信号を例示する。線図の上部には、方向１０６を中心とした電磁放射線の偏向の角度５０１が時間ｔにわたって記入されている。マイクロミラー３０４の動きにより、走査範囲１０５にわたる角度範囲を完全に照明することができるように、それぞれ負の角度１０９もしくは正の角度１１１まで光線を偏向することができる。レーザ３０３の波長は、光線の偏向に同期して変化させることができる。負の角度１０９もしくは正の角度１１１でそれぞれ最大限に偏向された場合には、レーザ３０３は、波長λ５を備える光線を放出する。偏向角度が０°の場合、すなわちレーザ光線ンが走査範囲１０６の配向に沿って送信された場合には、レーザ３０３は、波長λ４を備える光線を放出する。その間の角度範囲では、レーザ３０３の光線は偏向に同期して変化させることができる。これにより、レーザ３０３の波長がいずれの時点においても帯域フィルタの透過範囲内に位置していることを保証することができる。
【００３３】
本発明の一実施形態によれば、偏向ユニット１０４は光フェーズドアレイ６０３を備える。図６は、波長が可変であり、出力光線が光フェーズドアレイ６０３に結合されるレーザ３０３の概略図を示す。複数のスプリッタ６０１によって、光線は多数の分光に分割され、導波路６０２を介して光フェーズドアレイに結合される。
【００３４】
図７は、光フェーズドアレイ６０３を備える本発明の実施形態による走査範囲１０５を検出するためのシステムの光学系の構成及び光路を示す。図７の左側部分には送信ユニット７０１が示されており、図７の右側部分には受信ユニット７０２が示されている。送信ユニット７０１では、図６に示した波長が可変のレーザ３０３及び光フェーズドアレイ６０３が、異なる波長の電磁放射線を走査範囲１０５に送信するために使用される。この実施例では、上記実施例に示したマイクロミラー３０４とは反対に、光フェーズドアレイ６０３は可動ではなく走査範囲１０６の方向に対して垂直に配置されている。ここでは光フェーズドアレイ６０３の特性に基づいて、送信されたレーザ光線の偏向を行うことができる。図８に基づいてこのことを詳細に説明する。
【００３５】
図８は、光フェーズドアレイ６０３の、波長に依存した放射角の概略図を示す。レーザ３０３の波長を変更することにより、光フェーズドアレイ６０３の放射方向を変更することができる。図７には、どのようにして異なる３つの波長λ６、λ７及びλ８の電磁放射線が光フェーズドアレイ６０３から走査範囲１０５に放射されるのかが示されている。この場合、波長λ６は最大値（すなわち、図示の他の２つの波長に対して赤方偏移している）を有し、波長λ８は最小値（すなわち、図示の他の２つの波長に対して青方偏移している）を有し、波長λ７はこれらの間に位置する。光フェーズドアレイ６０３の特性に基づいて、最大の波長λ６の光線は走査範囲１０５の方向１０６から負の角度１０９だけ偏向された光線１０８として送信することができる。中間の波長λ７は、走査範囲１０５の方向１０６に沿った光線１０７として送信されるように選択することができる。最小の波長λ８は、走査範囲１０５の方向１０６から正の角度１１１だけ偏向された光線１１０として送信されるように選択することができる。
【００３６】
図７に示した受信ユニット７０２では、走査範囲１０５内において電磁放射線が物体１１２で後方散乱及び／又は反射された後に受信した光線１１７，１１８及び１２０を検出することができる。最大の波長λ６の光線が９０°の角度７０３でフィルタ１１３の表面に入射することを保証するために、帯域フィルタ１１３は、受信ユニットの光軸１１６に対して角度７０４だけ傾斜している。
【００３７】
図９は、図７に例示されているような光フェーズドアレイ３０３を備える本発明の実施形態による帯域フィルタ１１３の透過特性を示す。線図に示すように、光学フィルタ要素１１３の透過率Ｔが放出もしくは後方散乱及び／又は反射された光線の波長λに対して記入されている。曲線９０１は、フィルタ表面に垂直に入射する光線１１８のための帯域フィルタ１１３のフィルタ特性を示す。帯域フィルタ１１３が上述のように角度７０４だけ傾いていることにより、電磁放射線が最大の波長λ６によって帯域フィルタ１１３に垂直に入射することが保証される。帯域フィルタ１１３は、フィルタ表面の垂線に対して電磁放射線の入射角が増大するにつれて小さい方の波長に向かって透過特性の特徴的な偏移を再び示す。したがって曲線９０２は、帯域フィルタ１１３の垂線に対して角度７０５で帯域フィルタ１１３に入射する光線１１７のための帯域フィルタ１１３のフィルタ特性曲線を表す。この場合、透過率最大値は波長λ７に位置する。曲線９０３は、帯域フィルタ１１３の垂直に対して角度７０６で帯域フィルタ１１３に入射する光線１２０のための帯域フィルタ１１３のフィルタ特性を表す。この場合、透過率最大値は波長λ８に位置する。図６に示すように波長が可変のレーザ３０３と光フェーズドアレイ６０３とを組み合せることにより、送信もしくは受信された電磁放射線が常に帯域フィルタ１１３を透過範囲に位置することが可能になる。フィルタ１１３の半値幅を狭く選択することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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